Zastosowanie mieszanek mineralno

Budownictwo i Architektura 15(1) (2016) 123-132
Zastosowanie mieszanek mineralno-asfaltowych
o obniżonej temperaturze zagęszczania z dodatkiem zeolitów
w warunkach rzeczywistych
Agnieszka Woszuk1, Wojciech Franus2
1
Katedra Dróg i Mostów, Wydział Budownictwa i Architektury, Politechnika Lubelska,
e–mail: [email protected]
2 Katedra Geotechniki, Wydział Budownictwa i Architektury, Politechnika Lubelska,
e–mail: [email protected]
Streszczenie: Celem tej pracy jest ocena możliwości obniżenia temperatury zagęszczania mieszanek mineralno-asfaltowych (MMA) przez zastosowanie zeolitów na podstawie badań nawierzchni z odcinka doświadczalnego. W artykule przedstawiono zarówno
wyniki badań laboratoryjnych jak i próbek z odcinka doświadczalnego dla AC 16 W 35/50
z dodatkiem zeolitu naturalnego – klinoptilolitu. Ilość dozowanego materiału zeolitowego
wynosiła 1% w stosunku do masy mieszanki mineralnej oraz 0,4% – przy dodatkowym
nasączeniu klinoptilolitu wodą. Na podstawie badań laboratoryjnych wykazano, iż możliwe
jest obniżenie temperatury zagęszczania mieszanek mineralno-asfaltowych na ciepło
(WMA) z dodatkiem zeolitu o 30ºC z 145ºC do 115ºC. Podczas wbudowywania mieszanki
na odcinku doświadczalnym uzyskano obniżenie temperatury zagęszczania o 20–40ºC.
Badania MMA z tego odcinka obejmowały: zawartość lepiszcza rozpuszczonego, zagęszczenie warstwy, odporność na deformacje trwałe oraz moduł sztywności metodą IT-CY.
Słowa kluczowe: zeolit, klinoptilolit, mieszanki mineralno-asfaltowe na ciepło, zagęszczalność.
1. Wprowadzenie
Zeolity są to glinokrzemiany o strukturze szkieletowej w których występują puste
przestrzenie w postaci komór i kanałów. Cechą charakterystyczną zeolitów jest zdolność
gromadzenia w nich tzw. wody zeolitowej, która może być usunięta przez podgrzewanie,
a następnie ponownie pochłonięta lub zastąpiona przez inne substancje. Taka specyficzna
budowa wewnętrzna nadaje zeolitom wiele cech fizykochemicznych, które są niezwykle
korzystne dla różnego rodzaju zastosowań przemysłowych [1, 2, 3]. Jedna z możliwości
praktycznego zastosowania jest dodanie zeolitu do mieszanki mineralno-asfaltowej (MMA)
w celu spienienia asfaltu i obniżenia temperatur technologicznych. W momencie dodania
zeolitu do mieszanki mineralnej jednocześnie z asfaltem, woda gromadzona w porach
molekuł zaczyna się uwalniać. W wyniku parowania wody zeolitowej dochodzi do ekspansji objętościowej spoiwa, efektem czego jest spienienie asfaltu i obniżenie jego lepkości [4,
5]. Dzięki temu zwiększa się urabialność MMA i przyczepność asfaltu do kruszywa
w niższych temperaturach. Zjawisko to trwa przez około 2 godzin [6, 7], przez co efekt
zwiększonej urabialności trwa zarówno w trakcie produkcji, transportu jak i wbudowywania MMA.
Dodany zeolit w recepcie MMA zastępuje wypełniacz i w badaniach powinien być
dokumentowany jako wypełniacz [8, 9 10].Wyniki badań wskazują jednak, że nie jest
124
Agnieszka Woszuk, Wojciech Franus
możliwe całkowite zastąpienie wypełniacza wapiennego zeolitem [11]. Produkcja MMA
z dodatkiem zeolitu nie różni się od tradycyjnie produkowanych mieszanek. Problematyczne może być jedynie dozowanie zeolitu. Z uwagi na charakter swojego działania ważna jest
kolejność dozowania poszczególnych składników mieszanki. Zeolit powinien być dozowany
razem z wypełniaczem lub bezpośrednio po nim. Dozowanie automatyczne odbywa się
z silosu lub przy użyciu dodatkowo zainstalowanego zasobnika wagowego. W przypadku
niedużych ilości MMA możliwe jest ręczne dodawanie zeolitu w workach [12, 9]. Producent
(Eurovia) deklaruje, że dodatek Aspha-Min może być stosowany dla wszystkich powszechnie
znanych asfaltów i asfaltów modyfikowanych oraz każdego rodzaju kruszywa.
Podczas produkcji i wbudowywania MMA istotnym problemem są powstające gazy
i opary. Badania wykazują, że emisje gazów i oparów asfaltu praktycznie nie istnieją przy
temperaturze 80°C. Niewielkie ich stężenie występuje w temperaturze 150°C, a w 180°C
stężenia osiągają już bardzo duże wartości [13]. Redukcja temperatury o 10°C zmniejsza
o połowę emisji oparów i aerozoli [8]. Badania WMA z zeolitem przeprowadzone
w Niemczech wykazały zmniejszenie emisji oparów o 75% przy spadku temperatury
produkcji o 26°C. Podczas wbudowywania mieszanki odnotowano redukcję tych związków
o 90% [12]. Wraz ze zmniejszeniem temperatury produkcji MMA następuje także redukcja
emitowanego przez wytwórnie ditlenku węgla o ok. 40%, a innych związków niebezpiecznych – nawet o 70% [6, 14, 15, 16]. Zmniejszenie emisji wyziewów i aerozoli poprawia
komfort pracy osób zatrudnionych przy produkcji i wbudowywaniu MMA, co przekłada się
na wyższą wydajność i jakość wykonywanych prac. Lepsza urabialność mieszanki oraz
niższa temperatura wbudowywania i zagęszczania WMA umożliwia wydłużenie drogi
i czasu transportu gotowej mieszanki. Niższa temperatura wbudowywania pozwala także na
wydłużenie sezonu robót drogowych oraz szybsze oddanie nawierzchni do ruchu [17, 18].
Intensywne badania WMA prowadzone są od ponad 20 lat. W tym okresie powstało wiele
odcinków doświadczalnych [6, 19, 20]. Natomiast badania WMA z dodatkiem zeolitu
naturalnego są w fazie badań laboratoryjnych. Dotychczas nie powstały odcinki doświadczalne w tej technologii.
Głównym celem pracy jest ocena możliwości zastosowania zeolitu naturalnego (klinoptilolitu) i jego odmiany modyfikowanej poprzez nasączenie wodą do produkcji MMA
o obniżonej temperaturze zagęszczania w warunkach rzeczywistych na podstawie wykonanego odcinka doświadczalnego.
2. Materiały
W badaniach zastosowano, zeolit naturalny klinoptylolit pochodzący ze złoża Sokyrnytsya – Obwód Zakarpacki (Ukraina). Zeolit do MMA był dozowany w stanie powietrznosuchym oraz po dodatkowym nasączeniu wodą. Nasycenie klinoptilolitu wodą wynosiło
25% wody wagowo w stosunku do masy suchego zeolitu.
Stosowane lepiszcze to: asfalt 35/50 dostarczony przez LOTOS Asfalt Sp. z o.o. Zastosowane kruszywa to: wypełniacz wapienny, kruszywo wapienne o ciągłym uziarnieniu,
grysy granodiorytowe oraz dolomitowe. Tego typu materiały kamienne powszechnie
stosowane są w budowie nawierzchni drogowych na terenie Polski Wschodniej. Mimo, że
granodioryty są skałą kwaśną w prowadzonych badaniach zrezygnowano z dodatków
adhezyjnych poprawiających przyczepność kruszyw do asfaltu. Ich zastosowanie mogłoby
mieć wpływ na wyniki końcowe badań.
Materiałem referencyjnym była mieszanka mineralno-asfaltowa przeznaczona na
warstwę wiążącą drogi obciążonej ruchem o kategorii KR 3–4 (AC 16 W 35/50), zaprojektowana zgodnie z polskimi standardami technicznymi WT 2 2010 [21].
125
Zastosowanie mieszanek mineralno-asfaltowych ...
3. Recepta mieszanki mineralno-asfaltowej
Uziarnienie kruszyw zbadano metodą przesiewu na sucho (PN-EN 933–1) [22],
uziarnienie mączki wapiennej określono metodą przesiewu w strumieniu powietrza (PN-EN
933–10) [23]. Optymalna ilość dozowanego materiału zeolitowego określona w badaniu
zagęszczalności wynosi 1,0% oraz 0,4% przy dodatkowym nasączaniu wodą [24]. Skład
mieszanki mineralnej zaprojektowano metodą krzywych granicznych i przedstawiono
w tabeli 1.
Tabela 1. Skład granulometryczny mieszanki mineralnej
Wymiar sita
Odsiew
[mm]
%
31,5
22,4
16
11,2
8
5,6
4
2
1
0,5
0,25
0,125
0,063
0
razem
0,0
0,0
2,4
17,6
19,6
12,9
7,9
9,0
10,6
5,7
3,5
2,5
2,0
6,2
100,0
Skrócony
odsiew
[%]
dozowanie
frakcji
[%]
Przesiew
69,4
20,0
100,0
100,0
97,6
80,0
60,4
47,5
39,6
30,6
20,0
14,3
10,7
8,3
6,2
32,5
16,8
24,4
30,6
6,2
100,0
100,0
Rzędne krzywych granicznych
[%]
0
100
90
70
55
0
0
25
0
0
0
4
4
0
100
100
90
85
0
0
50
0
0
0
12
10
Skład mieszanki mineralnej oraz mieszanki mineralno-asfaltowej, przedstawiono
w tabeli 2.
Tabela 2.
Lp.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Projektowany skład mieszanki mineralnej i mieszanki mineralno-asfaltowej 0/16 warstwy
wiążącej z betonu asfaltowego AC 16 W, dla kategorii ruchu KR 3-4 wg WT 2 2010.
Materiał
Kruszywo grube 11/16 granodioryt kop. Vyrivsyj Karjer
Kruszywo grube 8/11 dolomit kop. Piskrzyń
Kruszywo grube 4/8 granodioryt kop. Vyrivsyj Karjer
Kruszywo o c.u. 0/4 wapień kop. Trzuskawica
Wypełniacz dodany (mączka wapienna) Bukowa
Asfalt drogowy 35/50
Zeolit naturalny klinoptilolit
MM
20
18
24
34
4
* ilość wypełniacza dodanego została pomniejszona o ilość dozowanego tufu zeolitowego
** dodatek zeolitu nasączonego wodą
Skład [%]
MMA
19,1
17,2
22,9
32,5
2,8 *
4,6
1
MMA
19,1
17,2
22,9
32,5
3,4 *
4,6
0,4**
126
Agnieszka Woszuk, Wojciech Franus
4. Właściwości fizykomechaniczne WMA z zeolitem
Na podstawie przeprowadzonych badań laboratoryjnych, za optymalną temperaturę
zagęszczania próbek WMA z dodatkiem klinoptilolitu przyjęto 115ºC. Dla zaprojektowanej
mieszanki AC 16 W z dodatkiem zeolitów wykonywano badania podstawowych właściwości fizykomechanicznych. Wyniki badań laboratoryjnych przedstawiono w tabeli 3.
Tabela 3. Własności fizykomechaniczne WMA AC 16 W z dodatkiem zeolitu naturalnego klinoptilolitu
Właściwości
Gęstość MMA wg PN-EN 12697-5 [25] [kg/m3]
Gęstość objętościowa MMA wg PN-EN 12697-6
[26] [kg/m3]
Zawartość wolnych przestrzeni wg PN-EN
12697-8 [27] [%]
Odporność na deformacje trwałe wg PN-EN
12697-22 [28], metoda B w powietrzu, +60°C, 10
000 cykli
WTS
PRD
Odporność na działanie wody i mrozu wg PN-EN
12697-12 [29],przechowywanie w 40°C z jednym
cyklem zamrażania, badanie w temp. +25°C
Moduł sztywności [MPa] metodą IT-CY wg PNEN 12697-26 [30] w temperaturze badania:
23ºC
10ºC
-2ºC
Wyniki badań mieszanki
AC 16 W z dodatkiem zeolitu
1% CLIN
0,4% CLINnas.
2507
2517
2357
2364
Wymagania wg
WT-2 2010
6,0
6,1
Vmin 4,0 Vmax 7,0
0,15
7,1
85
0,11
6,2
82
WTSAIR0,30
PRDAIR Deklarowane
ITSR 80
4954
11675
17892
4423
9984
17133
5. Wytwarzanie i wbudowywanie mieszanki mineralno-asfaltowej
z zeolitem
Odcinek doświadczalny wykonano w m. Zamość, województwo lubelskie, na drodze
gminnej Nr 110538 L, nr ewidencyjny działki 258/2, stanowiącej łącznik między ulicą
Hrubieszowską, a Ciepłownią w Zamościu. Długość odcinka wynosiła 100 mb, szerokość –
5,5 m. Grubość warstwy po zagęszczeniu, zgodnie z projektem wynosiła 40 mm. Aby
możliwe było pobranie próbek do badania odporności na deformacje trwałe, podczas
wbudowywania mieszanki miejscowo zwiększono grubość wbudowywanej warstwy do
65 mm. Wykonawcą prac było Przedsiębiorstwo Robót Drogowych Spółka z o.o. w Zamościu. Wytypowany odcinek drogi podzielono na dwie części: prawą i lewą i oznaczono
odpowiednio literami L i P. Prawa strona odcinka doświadczalnego została wykonana
z mieszanki AC 16 W 35/50 z 1% dodatkiem klinoptilolitu w stosunku do masy MMA.
Lewa część odcinka doświadczalnego została wykonana z mieszanki AC 16 W 35/50
z 0,4% dodatkiem klinoptilolitu nasączonego wodą.
Mieszankę mineralno-asfaltową wytworzono w otaczarce stacjonarnej. Temperatury
wytwarzania mieszanki mineralno-bitumicznej wynosiły odpowiednio:
 temperatura asfaltu – 150 °C; ±3
 temperatura kruszywa – 180 °C;±5
 temperatura mieszanki – 160 °C;±5
Zastosowanie mieszanek mineralno-asfaltowych ...
127
Zdonie z WT 2 2010 temperatura produkcji MMA z asfaltem 35/50 powinna wynosić
155-195°C. Maksymalna temperatura MMA po wytworzeniu na wytwórni wynosi 195°C,
natomiast 155°C to minimalna temperatura mieszanki wyładowanej do rozściełacza.
Maksymalna temperatura asfaltu 35/50 w zbiorniku może wynosić 190°C. Biorąc pod
uwagę powyższe temperatura WMA z zeolitem po wytworzeniu była niższa o 35°C od
dopuszczalnej temperatury maksymalnej.
Dozowanie zeolitu odbywało się ręcznie, po wcześniejszym przygotowaniu worków
z zeolitem (fot.1).
Fot. 1. Ręczne dozowanie zeolitu do Nasączanie zeolitu naturalnego klinoptilolitu wodą.
W czasie wbudowywania WMA z dodatkiem zeolitów panowały następujące, warunki
atmosferyczne: temperatura otoczenia + 16 °C, pochmurno z przejaśnieniami, bez opadów
atmosferycznych. Podłoże pod warstwę wiążącą zostało wyrównane mieszanką mineralnoasfaltową, czyste, bez pozostałości luźnego kruszywa, wyprofilowane, równe i bez kolein.
Transport mieszanki z wytwórni na miejsce wbudowania odbywał się za pomocą ciągnika siodłowego z naczepą samowyładowczą. Do rozkładania mieszanki użyto rozkładarki
gąsienicowej. Zagęszczanie odbywało się przy użyciu walca stalowego gładkiego, bez
wibracji o masie 11,6 t. (fot. 2).
Podczas zagęszczania HMA z dodatkiem asfaltu 35/50 początkowa temperatura zagęszczania może być równa temperaturze produkcji MMA wynoszącej ok. 160ºC. Natomiast. zaleca końcowa temperatura zagęszczania powinna być wyższa od 115°C. Zagęszczanie rozłożonej warstwy rozpoczęto przy 120°C, zakończono w 95–100°C. Uzyskano
obniżenie temperatury zagęszczania o 40ºC w początkowej fazie. W końcowej fazie efektywnego zagęszczania temperatura rozkładanej warstwy była o ok. 20°C niższa od temperatury minimalnej zalecanej dla MMA na gorąco.
A
B
.
Fot. 2. a) Załadunek WMA z dodatkiem klinoptilolitu, przeznaczonej do wykonania odcinka doświadczalnego warstwy wiążącej z betonu asfaltowego AC 16 W. b) Zagęszczanie WMA z dodatkiem klinoptilolitu w czasie wykonywania nawierzchni warstwy wiążącej z betonu asfaltowego AC 16 W
na odcinku doświadczalnym.
128
Agnieszka Woszuk, Wojciech Franus
Otrzymana mieszanka AC 16 W z dodatkiem zeolitu wizualnie nie różniła od tradycyjnych mieszanek na gorąco. Wszystkie ziarna kruszywa zostały całkowicie otoczone
asfaltem. Mieszanka jest czarna i lekko połyskująca, nie wykazuje cech rozsegregowania.
Produkcja, wbudowywanie i zagęszczanie przebiegało bez utrudnień. Przy niewielkiej
ilości produkowanej masy sprawdziło się ręczne dozowanie zeolitu, ale przy produkcji na
dużą skalę należałoby ten proces zautomatyzować. Niedogodnością było jedynie nasączanie zeolitu wodą i rozważanie odpowiednich porcji do worków. Z uwagi na szybki spadek
temperatury rozłożonej mieszanki lepsze byłoby jednoczesne użycie przynajmniej dwóch
walców, co przyśpieszy proces zagęszczania.
6. Badania właściwości fizykochemicznych WMA z zeolitem na
próbkach pobranych z nawierzchni odcinka doświadczalnego
6.1. Zawartość lepiszcza rozpuszczonego
Podczas załadunku gotowej masy na samochód pobrano próbki luźnej WMA w celu
wykonania ekstrakcję według PN-EN 12697-1[31] i oznaczenie zawartości asfaltu nierozpuszczonego.
Teoretyczną zawartość asfaltu rozpuszczonego określono na podstawie wzoru:
Bn = 0,14 x F +0,1 [%]
(1)
gdzie: F – zawartość ziaren mniejszych od 0,063 mm w zaprojektowanej mieszance mineralnej, [%] (m/m).
W tabeli 4 przedstawiono zawartość lepiszcza rozpuszczego określonego w ekstrakcji
WMA.
Tabela 4. Zawartość lepiszcza rozpuszczonego i nierozpuszczonego w mieszance mineralno-asfaltowej AC
16 W 35/50 z dodatkiem materiałów zeolitowych
Zawartość lepiszcza
rozpuszczalnego w mieszance gruboziarnistej
Wg
recepty
Wynik
badania
Odchyłka
od recepty
Dopuszczalna odchyłka
pojedynczego wyniku
badania wg WT-2 2010
MMA +1% CLN
MMA +0,4% CLN nas
4,6%
4,5%
4,4%
-0,1%
-0,2%
± 0,6%
Badania potwierdziły zgodność składu ilościowego materiałów w wykonanej na wytwórni mieszanki z zaprojektowaną receptą. Ilość rozpuszczonego lepiszcza jest mniejsza
jedynie o 0,1–0,2% w stosunku do wartości zaprojektowanej i dodanej. Odchyłka ta jest
zgodna z teoretyczną ilością lepiszcza nierozpuszczonego, która wynosi 0,2%. Uzyskane
wyniki wskazują, że duża porowatości i chłonność zeolitów, w przypadku ich niewielkiego
dodatku (w ilości 0,4–1,0% w stosunku do masy MMA) nie powoduje konieczności zwiększania ilości dozowanego lepiszcza.
6.2. Wskaźnik zagęszczenia warstwy nawierzchni WMA na odcinku doświadczalnym
Wyniki badań zagęszczalności warstwy nawierzchni WMA w dwóch przekrojach odcinka doświadczalnego zestawiono w tabeli 5.
129
Zastosowanie mieszanek mineralno-asfaltowych ...
Tabela 5. Zagęszczalność warstwy nawierzchni WMA na odcinku doświadczalnym
Właściwości
Gęstość objętościowa MMA [kg/m3]
Zawartość wolnych przestrzeni [%]
Wynik badania km
0+030P
L
0000+0600+030
2300
2338
8,2
7,1
Wskaźnik zagęszczenia warstwy [%]
98
99
Wynik badania km
P 0+060 L
2301
2315
8,2
8,0
98
98
Wymagania
V min 4, V max 7
98
P – strona prawa odcinka doświadczalnego wykonanego z WMA z dodatkiem1% klinoptilolitu
L – strona lewa odcinka doświadczalnego wykonanego z WMA z dodatkiem 0,4% klinoptilolitu nasączonego wodą
Wskaźnik zagęszczenia warstwy wskazuje na bardzo dobrą zagęszczalność WMA
z dodatkiem zeolitów. W stosunku do badań laboratoryjnych zwiększyła się zawartość
wolnych przestrzeni o 1–2%. Wartości uzyskane z próbek wyciętych z nawierzchni przekraczają maksymalną dopuszczalną granicę. Na tak dużą zawartość wolnych przestrzeni
wpływ miała głównie temperatura zagęszczania. Pierwotnie zakładano zagęszczanie
w temperaturze 120–100ºC. Jednak rozpoczęcie zagęszczania w tak niskiej temperaturze
powodowało bardzo szybki spadek temperatury mieszanki podczas wykonywania odcinka
doświadczalnego i rzeczywista temperatura zagęszczania, miejscowo, mogła spaść nawet
poniżej 90ºC. Mimo krótkiego odcinka (100 mb) w celu uniknięcia spadku temperatury
zagęszczania mieszanki uzasadnione byłoby użycie dwóch walców.
6.3. Odporność na deformacje trwałe warstwy nawierzchni WMA na odcinku doświadczalnym
Wyniki badań odporności na deformacje trwałe dla próbek wyciętych z nawierzchni
odcinka doświadczalnego zestawiono w tabeli 6.
Tabela 6. Odporność na deformacje trwałe dla próbek wyciętych z warstwy nawierzchni WMA na odcinku
doświadczalnym
Wyszczególnienie
Wymagania według WT 2 2010
Wymagania według WT 2 2014
AC 16 W+ 1% CLIN
AC 16 W+0,4% CLINnas
Wynik badania
PRDAIR
WTSAIR
PRD AIR Deklarowane
PRD AIR 7,0
4,4
5,1
WTSAIR 0,30
WTSAIR 0,15
0,09
0,1
Na podstawie otrzymanych wartości PRDAIR i WTSAIR należy stwierdzić, że nawierzchnia wykonana z AC 16W w technologii WMA z dodatkiem zeolitu naturalnego
klinoptilolitu jest odporna na deformacje trwałe i spełniają wymagania zarówno według
WT2 2010 jak i według WT2 20214. Zarówno przyrost głębokości koleiny (WTS AIR) jak
i proporcjonalna głębokość koleiny (PRD AIR) w próbkach wyciętych z nawierzchni są
niższe niż w próbkach referencyjnych i w próbkach z dodatkiem klinoptilolitu wykonanych
w laboratorium. Przy zastosowaniu 1% klinoptilolitu nastąpił spadek PRDAIR o 38%
a WTSAIR o 40% w stosunku do wyników badań na płytach wykonanych w zagęszczarce
płytowej. Przy dodatku 0,4% klinoptilolitu nasączonego wodą PRD AIR zmniejszyła się
o 25% a WTSAIR o 7%.
130
Agnieszka Woszuk, Wojciech Franus
6.4. Moduł sztywności określony metodą rozciągania pośredniego na
próbce cylindrycznej (IT-CY) warstwy nawierzchni WMA
na odcinku doświadczalnym
Wyniki badań modułu sztywności określonego w aparacie NAT metodą IT-CY dla
próbek wyciętych z nawierzchni odcinka doświadczalnego zestawiono w tabeli 7.
Tabela 7. Modułu sztywności określony metodą IT-CY dla próbek wyciętych z warstwy nawierzchni
WMA na odcinku doświadczalnym
Wyszczególnienie
AC 16 W+ 1% CLIN
AC 16 W+0,4% CLINnas
Moduł sztywności [MPa] w temperaturze badania:
23ºC
10ºC
-2ºC
4327
3598
9408
8504
16206
13801
Moduły sztywności próbek wyciętych z nawierzchni z dodatkiem 1% klinoptilolitu
osiągają wartość porównywalną do wyników badań próbek referencyjnych wykonanych
w laboratorium i są niższe o 10-20% od modułów sztywności uzyskanych na próbkach
wykonanych w ubijaki Marshalla z takim samym dodatkiem, zależnie od temperatury
badania. W przypadku zastosowania zeolitu nasączonego wodą spadek modułu sztywności
wynosi od 15 do 20%.Wpływ na spadek modułu sztywności ma większa zawartość wolnych przestrzeni niż w próbkach wykonanych w laboratorium. Zarówno w badaniach
laboratoryjnych jak i na próbkach wyciętych z nawierzchni moduły sztywności dla WMA z
0,4% dodatkiem klinoptilolitu nasączonego są niższe od wartości uzyskiwanych dla WMA
z 1% klinoptilolitu.
7. Wnioski
Na podstawie przeprowadzonych badań laboratoryjnych oraz badań próbek wyciętych
z odcinka doświadczalnego można stwierdzić, że dodatek zeolitu naturalnego klinoptilolitu
pozwala obniżyć temperaturę zagęszczania WMA o ok. 25–30ºC. Przy zastosowaniu optymalnej ilości dozowanego materiału zeolitowego zaprojektowana WMA spełnia wymagania
dla MMA na gorąco według polskich Wymagań Technicznych. Wyniki badań próbek wyciętych z odcinka doświadczalnego są zbieżne z wynikami badań laboratoryjnych.
Proces produkcyjny WMA z zeolitem przebiegał prawidłowo i co istotne w istniejącej
wytwórni mas bitumicznych bez żadnych modyfikacji. Dozowanie zeolitu odbywało się
ręcznie przy zastosowaniu wcześniej odważonych i zapakowanych w foliowe worki porcji
materiału zeolitowego. Jednak z uwagi na czasochłonność prac przygotowawczych oraz
konieczność angażowania do dozowania zeolitu dwóch osób, przy masowej produkcji
bardziej efektywne byłoby zautomatyzowanie tego procesu.
Wytworzona mieszanka nie różniła się wizualnie od MMA na gorąco. Mimo dużej
ilości kruszyw kwaśnych (granodiorytów) oraz braku środka adhezyjnego wszystkie kruszywa zostały całkowicie otoczone asfaltem. Rozkładanie i zagęszczanie przebiegało
prawidłowo. Ponieważ początkowa temperatura zagęszczania jest dość niska – 120ºC,
spadek temperatury rozłożonej mieszanki jest szybszy niż w mieszankach tradycyjnych.
Aby zapobiec nadmiernemu ochłodzeniu mieszanki należy użyć większej liczby walców
zagęszczających.
Badania zawartości lepiszcza rozpuszczonego wskazują, że mimo dużej porowatości
zeolitu, mała ilość dozowanego dodatku nie powoduje konieczności zwiększania ilości
Zastosowanie mieszanek mineralno-asfaltowych ...
131
asfaltu w MMA. Niższa temperatura zagęszczania nie miała negatywnego wpływu na
odporność na deformacje trwałe.
Realna możliwość obniżenia temperatury zagęszczania pozwala na wydłużenie drogi
transportu MMA, wydłużenie sezonu robót budowlanych, możliwość rozkładania mieszanek przy niższej temperaturze powietrza i podłoża, przy zachowaniu wymagań jakościowych jak dla mieszanek mineralno-asfaltowych na gorąco.
Niższa temperatura zagęszczania to efektywne zmniejszenie emisji gazów, oparów
i aerozoli oraz poprawa bezpieczeństwa oraz komfortu osób pracujących przy budowie dróg.
Badania były finansowane z funduszy statutowych: S-50/II/B/2014
Literatura
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Franus W. Characterization of X-type zeolite prepared from coal fly ash. Polish Journal of
Environmental Studies 21/2 (2012) 337-343.
Wdowin M., Franus W., R. Panek. Preliminary results of usage possibilities of carbonate and
zeolitic sorbents in CO2 capture. Fresenius Environmental Bulletin 21/12 (2012) 3726–3734.
Chałupnik S., Franus W., Wysocka M., Gzyl G. Application of zeolites for radium removal from
mine water. Environmental Science and Pollution Research 20 (2013) 7900–7906.
Sengoz B., Ali Topal A., Gorkem C. Evaluation of natural zeolite as warm mix asphalt additive
and its comparison with other warm mix additive. Construction and Building Materials 43 (2013)
242–252.
Woszuk A., Franus W. Wpływ dodatku zeolitu NaP1 i klinoptilolitu na lepkość asfaltu. Logistyka
4 (2015) 6819-6827.
D'Angelo J., Corrigan M., Harman T., Jones W., Newcomb D., Prowell B. i inni Warm-Mix
Asphalt: European Practice. Report No. FHWA-PL-08-007, 2008
Vaiana R, Iuele T, Gallelli V. Warm mix asphalt with synthetic zeolite: a laboratory study on mixes
workability. International Journal of Pavement Research & Technology,6(5) (2013) 562–569.
Deutscher Asphaltverband e.V. Mieszanki mineralno asfaltowe o obniżonej temperaturze. Porady
z praktyki do praktyki (2009).
Materiały informacyjne firmy Aspha-min, dostępne na stronie http://www.asphamin.com/98.html
Woszuk A. Projektowanie mieszanki mineralno-asfaltowej na ciepło z dodatkiem zeolitu. Budownictwo i Architektura 12(4) (2013) 41–49.
Woszuk A., Bandura L., Panek R. Application of zeolites as fillers in mix asphalt. Budownictwo
i Architektura; 14(1) (2015) 127–134.
Barthel W., Marchand J., Von Devivere M. Warm Mix Asphalt by Adding a Synthetic Zeolite.
Proceedings of the Third Eurasphalt and Eurobitume Conference, Book 1, Foundation Eurasphalt,
Breukelen, The Netherlands (2004) 1241-1249.
Rubio MC., Martínez G., Baena L., Moreno F. Warm mix asphalt: an overview. Journal of
Cleaner Production 24 (2012) 76–84.
Vaitkus A., Cygas A., Laurinavicius A., Perveneckas Z. Analysis and evaluation of possibilities
for the use of warm mix asphalt in Lithuania. The Baltic Journal of Road and Bridge Engineering,
4(2) (2009) 80–86.
Bueche N. Warm Asphalt Bituminous Mixtures with Regards to Energy, Emissions and Performance. Young Researchers Seminar (YRS) LAVOC-CONF- 2010-002Torino, Italy (2009)
Larsen O.R. Warm Asphalt Mix with Foam e WAM Foam. IRF Partie B:Thèmes Techniques,
S.00469. Kolo Veidekke, Norway (2001).
Zaumanis M. Warm mix asphalt Investigation. PhD Thesis, Riga Technical University, Kgs.
Lyngby, Denmark (2010).
Button J.W., Estakhri C., Wismatt A. A Synthesis of Warm-Mix Asphalt. Texas Transportation
Institute, The Texas A&M University System (2007).
132
Agnieszka Woszuk, Wojciech Franus
19 Bernier A., Zofka A., Josen R., Mahoney J. Warm-mix asphalt pilot project in Connecticut. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board 2294 (2012) 106–116.
20 Kim Y.-R., Zhang J., Ban H., Moisture damage characterization of warm-mix asphalt mixtures
based on laboratory-field evaluation. Construction and Building Materials 31 (2012) 204–211.
21 Nawierzchnie asfaltowe na drogach krajowych, Wymagania techniczne WT2 2010 (2010)
22 PN-EN 933–1:2012. Badania geometrycznych właściwości kruszyw – Część 1: Oznaczanie składu
ziarnowego – Metoda przesiewania.
23 PN-EN 933–10:2009. Badania geometrycznych właściwości kruszyw – Część 10: Ocena zawartości drobnych cząstek - Uziarnienie wypełniaczy (przesiewanie w strumieniu powietrza).
24 Woszuk A., Franus W., Wpływ dodatku zeolitu na obniżenie temperatury produkcji i zagęszczania
mieszanek mineralno-asfaltowych. Barometr regionalny 2(13) (2015) 117 – 118.
25 PN-EN 12697–5: 2010 Mieszanki mineralno-asfaltowe - Metody badań mieszanek mineralnoasfaltowych na gorąco - Część 5: Oznaczanie gęstości.
26 PN-EN 12697–6:2012 Mieszanki mineralno-asfaltowe - Metody badań mieszanek mineralnoasfaltowych na gorąco – Część 6: Oznaczanie gęstości objętościowej próbek mieszanki mineralno-asfaltowej.
27 PN-EN 12697–8. 2005 Mieszanki mineralno-asfaltowe - Metody badań mieszanek mineralnoasfaltowych na gorąco – Część 8: Oznaczanie zawartości wolnej przestrzeni.
28 PN-EN 12697–2+A1:2008 . Mieszanki mineralno-asfaltowe - Metody badań mieszanek mineralno-asfaltowych na gorąco - Część 22: Koleinowanie.
29 PN-EN 12697–12:2008 Mieszanki mineralno-asfaltowe – Metody badania mieszanek mineralnoasfaltowych na gorąco – Część 12: Określanie wrażliwości próbek asfaltowych na wodę.
30 PN-EN 12697–26:2012. Mieszanki mineralno-asfaltowe - Metody badania mieszanek mineralnoasfaltowych na gorąco – Część 26: Sztywność.
31 PN-EN 12697–1:2012 Mieszanki mineralno-asfaltowe – Metody badań mieszanek mineralnoasfaltowych na gorąco – Część 1: Zawartość lepiszcza rozpuszczalnego.
Use of mix asphalts with reduced compaction temperature
and addition of zeolites in real conditions
Agnieszka Woszuk1, Wojciech Franus2
1 Lublin
University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Architecture,
Department of Roads and Bridges, [email protected]
2Lublin University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Architecture,
Department Geotechnical Engineering, [email protected]
Abstract: The aim of this study is to evaluate the possibility of decreasing the mix asphalt compaction temperature through zeolites use, based on pavement analysis of the trial
section (of road). The article contains results of laboratory tests and analysis of samples from
trial section (of road)for AC 16 W 35/50 with addition of a natural zeolite – clinoptilolite. The
amount of dosed zeolite material was 1% with regard to the mineral mix mass and 0,4% –
with additional clinoptilolite infusion with water. Basing on laboratory tests, it was proved
that it is possible to decrease the compaction temperature of warm mix asphalt (WMA) with
zeolite addition by 30ºC (from 145ºC to 115ºC). Compaction temperature decrease of 20–
40ºC was obtained during incorporation of the mix in the trial section (of road). The MMA
analysis of this section (of road)included: soluble binder content, compactibility, resistance to
permanent deformation and stiffness modulus using a IT-CY method.
Keywords: zeolite, clinoptilolite, warm mix asphalt, compactibility.